TWI835183B - 操作束線離子植入機的方法、非暫時性計算機可讀儲存媒體以及離子植入機 - Google Patents

操作束線離子植入機的方法、非暫時性計算機可讀儲存媒體以及離子植入機 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種操作束線離子植入機的方法、一種非暫時性計算機可讀儲存媒體以及一種離子植入機。所述操作束線離子植入機的方法，可包含：在離子植入機中執行第一植入程序以將第一極性的摻雜劑植入到給定半導體基底中；以及基於由第一植入程序產生的經過濾訊息集合而產生第一極性的摻雜劑的所估計植入劑量。方法還可包含：基於所估計植入劑量而使用預測模型來計算第一極性的摻雜劑的實際植入劑量；以及基於實際植入劑量而在離子植入機中執行經調整第二植入程序以將第二極性的摻雜劑植入到選擇半導體基底中。

Description

操作束線離子植入機的方法、非暫時性計算機可讀儲存媒體以及離子植入機
本公開通常涉及用於植入基底的裝置和技術，且更確切地說，涉及改良的植入劑量控制。 相關申請
本申請要求2021年7月9日提交的標題為離子植入控制方法以及裝置且以全文引用的方式併入本文中的美國臨時專利申請第63/220,273號的優先權。
離子植入是經由轟擊將摻雜劑或雜質引入到基底中的過程。在半導體製造中，引入摻雜劑以變更電學、光學或機械性質。
離子植入系統可包括離子源和一系列束線組件。離子源可包括產生離子的腔室。離子源還可包括安置在腔室附近的電源和提取電極組合件。束線組件可包含例如質量分析器、第一加速或減速台、準直器以及第二加速或減速台。與用於操控光束的一系列光學透鏡非常相似的是，束線組件可過濾、聚焦以及操控具有特定物質、形狀、能量和/或其它品質的離子或離子束。離子束穿過束線組件且可朝向安裝在壓板或夾具上的基底引導。基底可通過有時稱作旋轉板（roplat）的裝置在一或多個維度上移動（例如，平移、旋轉以及傾斜）。
離子植入一直用於將摻雜劑引入到半導體器件中，包含用於形成井、源極/汲極區、溝道以及器件結構的其它部分。隨著半導體器件縮放到更小維度且包含越來越複雜的器件結構，當前最先進器件的製造需要越來越嚴格的工藝容差。在這方面，束線離子植入機的操作期間的主要關注點之一是維持在植入的基底（如半導體晶圓）上產生高器件成品率的操作條件的能力。
在一些處理方案中，如用於形成功率半導體器件（包含超結器件），p型摻雜劑與n型摻雜劑的相對比率的相對較小改變可誘發器件性質的相對較大改變。舉例來說，相對摻雜劑濃度改變約百分之一點五到百分之一，即3σ（在3個標準差內）可使得諸如擊穿電壓的性質發生不可接受的較大變化。值得注意的是，當今植入技術可能無法在晶圓內基礎、晶圓間基礎或批次間基礎上將摻雜劑濃度控制到這一水平。
關於這些和其它考慮因素，提供本公開。
在一個實施例中，提供一種操作束線離子植入機的方法。方法可包含：在離子植入機中執行第一植入程序以將第一極性的摻雜劑植入到給定半導體基底中；且基於由第一植入程序產生的經過濾訊息集合而產生第一極性的摻雜劑的所估計植入劑量。方法還可包含：基於所估計植入劑量而使用預測模型來計算第一極性的摻雜劑的實際植入劑量；以及基於實際植入劑量而在離子植入機中執行經調整第二植入程序以將第二極性的摻雜劑植入到選擇半導體基底中。
在其它實施例中，提供一種包含指令的非暫時性計算機可讀儲存媒體，所述指令在由計算機執行時使計算機基於機上植入數據而產生經過濾數據集合，所述機上植入數據來源於在離子植入機中對給定半導體基底執行的第一極性的摻雜劑的第一植入程序。指令可進一步使計算機基於經過濾數據集合而產生第一極性的摻雜劑的所估計植入劑量，基於所估計植入劑量而計算第一極性的摻雜劑的實際植入劑量。指令可進一步使計算機基於實際植入劑量，發送實施經調整第二植入程序以將第二極性的摻雜劑植入到選擇半導體基底中的指令。
在另一實施例中，提供一種離子植入機，所述離子植入機可包含：離子源，產生離子束；束線組件集合，將離子束植入到給定基底中；以及電流監測器，測量給定基底中的離子束的植入劑量。離子植入機可包含前饋控制器，所述前饋控制器包含記憶體和處理器。前饋控制器可包含可在處理器上操作以基於來源於第一極性的摻雜劑的第一植入程序的機上植入數據而產生經過濾數據集合的劑量匹配例程，其中在離子植入機中對給定基底執行第一植入程序。劑量匹配例程可在處理器上操作以基於經過濾數據集合而產生第一極性的摻雜劑的所估計植入劑量，且基於所估計植入劑量而計算第一極性的摻雜劑的實際植入劑量。劑量匹配例程可在處理器上操作以基於實際植入劑量，發送實施經調整第二植入程序以將第二極性的摻雜劑植入到選擇半導體基底中的指令。
現將在下文參考隨附圖式更充分地描述根據本公開的系統和方法，在隨附圖式中繪示系統和方法的實施例。系統和方法可以許多不同形式實施，且不應解釋為受限於本文中所闡述的實施例。實際上，提供這些實施例是為了使得本公開將是透徹且完整的，且這些實施例將系統和方法的範圍完整地傳達給所屬領域的技術人員。
如本文中所使用，以單數形式敘述且以字詞「一（a/an）」開頭的元件或操作理解為潛在地還包含多個元件或操作。此外，對本公開的「一個實施例」的提及並不意圖解釋為排除同樣併入所敘述特徵的額外實施例的存在。
本文中提供用於改良的離子植入控制的方法，且確切地說，用於半導體器件的製造的改良的離子劑量匹配的方法。
現參考 圖 1，繪示表明系統10的示例性實施例，其中系統10可用作根據本公開的離子植入的束線離子植入機或「離子植入機」。一般來說，根據本發明實施例的束線離子植入機將包含離子源和組件集合以將離子束沿著束線傳導到處理腔室。在圖1的實例中，系統10包含用於生產離子束14（如帶狀束或點束）的離子源12和一系列束線組件，以及其它組件。離子源12可包括用於接收氣流（未繪示）以產生離子的腔室。離子源12還可包括安置在腔室附近的電源和提取電極組合件。在一些非限制性實施例中，束線組件可包含例如質量分析器20、質量分辨狹縫（mass-resolving slit，MRS）腔室24、掃描器30以及安置於能量過濾器50上游的準直器40，所述過濾器可提供減速和/或加速或離子束14。
在示例性實施例中，束線的組件可過濾、聚焦以及操控具有物質、形狀、能量和/或其它品質的離子或離子束14。穿過束線的離子束14可朝向安裝在處理腔室60或終端站內的壓板62或夾具上的基底64引導。基底64可在一或多個維度上移動（例如平移、旋轉以及傾斜）。
在操作中，系統10可操作以植入一系列基底，如半導體晶圓。基底64可以是以串聯方式裝載以進行植入（如在已知的離子植入機中）的一系列基底中的一個。在高吞吐量操作模式中，系統10可操作以在排定停機時間的間隔之間植入數千或數萬的基底。
如圖1中所繪示，根據一些實施例，系統10可包含控制系統70以控制沿著離子植入機的束線的各種組件的操作，所述離子植入機包含離子源12、掃描器30以及包含壓板62的基底台。確切地說，控制系統70可包含前饋控制器72，其中前饋控制器72的操作將在下文詳述。簡單來說，可耦合前饋控制器72以接收輸入，所述輸入包含在系統10的束線組件中收集的機上數據以及從包含系統10的製造器的其它製造工具或測量工具收集的在線數據。在一系列基底（晶圓）的離子植入期間，前饋控制器72可使用獲取的訊息來調整植入參數以便實現目標離子劑量，如在正處理的基底中的N型摻雜劑與P型摻雜劑之間的匹配離子劑量（劑量匹配）。根據不同實施例，可以前饋方式執行植入參數的調整，其中在一系列植入操作期間在晶圓內、晶圓之間、晶圓批次之間或以任何合適的間隔進行調整。
換句話說，在調整涉及基於用於植入第一摻雜劑的第一植入操作或程序來執行第二經調整植入程序以植入第二摻雜劑的情況下，可以若干不同方式進行調整的時序。一般來說，可對給定半導體基底執行第一植入程序，所述基底可稱為晶圓，其中在選擇晶圓上以前饋方式進行經調整第二植入程序。因此，在一些實施例中，接收第一植入程序的給定晶圓可與接收經調整第二植入程序的選擇晶圓相同。替代地，接收第一植入程序的給定晶圓可表示給定晶圓批次的給定晶圓，且接收經調整第二植入程序的選擇晶圓表示給定晶圓批次的額外晶圓。再進一步，接收經調整第二植入程序的選擇晶圓可表示後續晶圓批次的給定晶圓。應注意，在經調整第二植入程序來源於在給定晶圓中執行的第一植入程序和在不同晶圓中執行第二經調整植入程序的情況下，可為不同晶圓維持第一植入程序。換句話說，在使用第二經調整植入程序將第二摻雜劑類型植入到給定晶圓批次的額外晶圓中或植入到來自後續晶圓批次的晶圓中的情況下，可維持用於將第一摻雜劑類型植入到給定晶圓中的第一植入程序以用於將第一摻雜劑類型植入到同一晶圓批次或後續晶圓批次的額外晶圓中。
借助於解釋，當今半導體器件的若干類型將得益於對所關注的特定器件區內的摻雜劑濃度的準確控制。在諸如金屬氧化物半導體場效應電晶體（metal oxide semiconductor field effect transistors，MOSFET）、雙擴散MOSFET（double diffused MOSFET，DMOS）、絕緣閘極雙極電晶體（insulating gate bipolar transistors，IGBT）的功率器件的情況下，這些器件可形成有超結結構，其中電流從源極到汲極垂直地流過基底。所有器件結構包含p型摻雜劑和n型摻雜劑的交替區，所述交替區可呈垂直柱的形狀，其中給定p型柱由n型柱側向定界，且反之亦然。為了製造準確控制摻雜劑濃度的這類器件，在本發明實施例中，可以逐層方式構建這一交替柱結構，其中每一層均通過在外延生長的半導體層中使p型植入與n型植入交替而形成。表I提供製造這一結構的部分工藝流程的實例。
表I.
●  0.5 Ω n型基底 ●       11× { ● 未摻雜包層（blanket）外延Si沉積 ●  抗蝕劑沉積 ●  p柱光刻 ●  p植入 ●  抗蝕劑剝離 ●  抗蝕劑沉積 ●  n柱光刻 ●  n植入 ●  抗蝕劑剝離} ●           退火   
表I的工藝流程示出使用11個層來構建界定交替的n型摻雜劑和p型摻雜劑的柱陣列的超結結構的實例。在給定層內，執行單獨的n植入操作和p植入操作。每一p/n植入操作均與遮蔽操作（抗蝕劑沉積）、界定待植入的區的圖案化操作（光刻、蝕刻）以及罩幕移除（抗蝕劑剝離）相關聯。在n植入/p植入的循環重複11次之後，進行進一步處理以完成器件結構，包含閘極形成、源極及汲極形成（未明確繪示）。取決於器件設計，可將循環的數目調適為更大或更小，而11次循環的實例僅為示例性的。為實現目標器件性質，需要中和超結結構中的電荷載子。這一中和依賴於超結器件的交替區中的p型濃度與n型濃度的匹配，且因此依賴於n型植入與p型植入之間的準確離子劑量匹配。
圖 3A 至圖 3C進一步確定與用於形成超結器件（確切地說，用於形成超結DMOS器件）的劑量匹配相關的問題。在圖3A中，將器件擊穿電壓的模擬繪示為柱摻雜劑濃度的函數（在這種情況下，在n型區中）。擊穿電壓隨著柱摻雜劑濃度增加而保持相對恒定，直到達到1.2E16/cm 3水平，高於此水平擊穿電壓會快速下降。相反，汲極電流隨著摻雜劑濃度的增加而單調地且強有力地增加。因此，選擇適當的摻雜劑濃度可平衡對高擊穿電壓的需要和對高器件汲極電流（接通電流）的需要。在這一實例中，1.2E16/cm 3的摻雜劑濃度可表示合適的折中值，其中擊穿電壓幾乎與在低得多的摻雜劑濃度時一樣高，且汲極電流（接近0.1mA/μm）處於可接受的高水平。
返回到圖3A，所述圖描繪兩條曲線，其中上部曲線表示假設p型柱的摻雜劑濃度與n型柱的完全相同摻雜劑濃度匹配的擊穿電壓，而下部曲線假設n型柱摻雜劑濃度與p型柱摻雜劑濃度之間的1%失配。應注意，當摻雜劑濃度超過約1到1.2E16/cm 3時，1%失配下的擊穿電壓變得顯著低於完全匹配的組成物情況。這一現象在圖3C中更廣泛地示出，圖3C示出作為超結DMOS器件的柱摻雜劑濃度失配的函數的擊穿電壓行為，繪示了柱摻雜劑濃度的若干水平。應注意，不同曲線表示在2E15/cm 3到1E17/cm 3範圍內的摻雜劑濃度。也如在圖3A中所示出，濃度高於1.5E16/cm 3，擊穿電壓降低且趨於極低值。如在圖3A中進一步確認，對於完美摻雜劑匹配（0%失配），擊穿電壓隨著摻雜劑濃度的增加而保持恒定，直到達到1E16/cm 3的濃度。此外，參考圖3C，在2E15/cm 3到5E15/cm 3的較低絕對摻雜劑濃度水平下，隨著摻雜劑失配的增加，擊穿電壓適度地且關於0%失配而以相對對稱方式降低。然而，再次參考圖3B，假設需要相對器件較高的汲極電流，那麼可能需要製造具有在1.2E16/cm 2範圍內的絕對摻雜劑濃度的器件。在絕對摻雜劑濃度的這一範圍中（參見圖3C中1E16/cm 2和1.5E16/cm 2的曲線），擊穿電壓對摻雜劑失配的增加更加敏感。舉例來說，圖3C中的表示1.5E16/cm 2絕對摻雜劑濃度的下部峰值曲線展現出擊穿電壓從百分之零摻雜劑失配下之約1300伏特減小到僅1%摻雜劑失配下的小於900伏特的。
從製造角度來看，圖3A至圖3C中所示出的以上結果示出對離子植入機進行摻雜劑濃度控制的挑戰以便實現可再現的器件性質，且因此將器件成品率或晶圓級成品率維持在可接受的水平。
為了突出顯示這一點， 圖 4A示出使用參考離子植入程序形成的超結器件中的模擬批次摻雜劑濃度失配。參考離子植入程序中的模擬假設在高斯隨機分布中可將n型摻雜劑與p型摻雜劑之間的摻雜劑濃度失配控制在1%的標準差（σ）。這種控制水平大致對應於當今離子植入機可實現的水平。如圖4A中所繪示，摻雜劑濃度失配百分比將隨批次隨機變化，其中典型幅度略小於0.5%。返回 圖 4B，繪示對應於圖4A的數據的模擬批次擊穿電壓行為。如所繪示，平均擊穿電壓下降到低於標稱值（在這一實例中，651.7伏特，完全匹配的n摻雜劑濃度和p摻雜劑濃度的值）約10伏特，而擊穿電壓批次的典型波動的量值也為約10伏特（為了參考，還繪示了1%失配的擊穿電壓值，628.1伏特）。擊穿電壓擺動的這一水平可超過器件擊穿電壓變化的可接受極限，這種限制可在僅幾伏特或更小的範圍內。應注意，批次18和批次19的擊穿電壓的大幅下降（圖4B）可通過較大平均摻雜劑失配（圖4A）來解釋。在每種情況下，標稱低摻雜劑失配的批次8和批次10的擊穿電壓的差異指示垂直分佈的摻雜劑的假定差異也可在擊穿電壓中起作用。
鑒於上文，本發明人已基於用於控制和調整離子劑量的前饋方法而開發出離子植入系統和方法。這種方法可實現劑量匹配的更好控制且因此實現較高器件成品率。 圖 2A示出根據本公開的一些實施例的植入劑量控制的前饋方法的組件。在圖2A中示出的佈置200的中心處的是上文所論述的前饋控制器72。前饋控制器72可包含數據過濾器74以及預測模型組件76。可耦合前饋控制器72以接收包含機上植入數據和任選的在線計量數據204的各種輸入。機上植入數據的實例包含劑量圖，如在離子植入運行期間（例如由用於測量離子劑量的電流監測器80）產生的二維（two-dimensional，2-D）劑量圖，如圖1中所示出。機上植入數據的其它實例可包含在離子植入運行期間從Superscan TM離子植入程序的結果收集的數據。可收集其他合適的機上植入計量數據且將數據饋送到前饋控制器72。
除機上植入數據以外，可耦合前饋控制器72以接收在線數據，即從用於處理所討論的基底的包含系統10的製造器的其它製造工具或測量工具收集的數據。在線數據的實例包含與基底電性質、摻雜劑濃度等相關的測量數據，包含非破壞性計量方法。
在圖2A的情境中，前饋控制器72可使用作為第一極性的摻雜劑的第一植入程序202（如用於植入p型摻雜劑）的結果而收集的數據，以及上文所論述的任何合適的在線數據，以便校正用於將第二極性的摻雜劑引入到基底或基底群組中而待執行的離子植入程序。後者繪示為第二極性的摻雜劑（如n型摻雜劑）的經調整第二植入程序212。
確切地說，可經由前饋控制器72的數據過濾器206接收機上植入數據以及任選的在線數據。可將數據過濾器206設置成接收機上植入數據集合且濾出離群值數據，以便減少待在預測模型組件210處進行處理的數據。因此，基於接收到的機上植入數據和任選的在線數據，可將經過濾數據208集合從數據過濾器傳輸到預測模型組件210以進行處理。預測模型組件210可採用程序或算法（預測模型）的集合來輸出用於指定經調整第二植入程序212的植入訊息，包含調整用於執行經調整植入程序的植入參數的值。確切地說，基於由預測模型組件210接收到的數據，調整可使得校正待針對第二類型的摻雜劑執行的植入劑量。在一些實例中，可基於通常繪示為數據78的離線數據（例如，工廠數據）在植入程序之前開發出由預測模型組件210採用的預測模型。此外，預測模型可使給定植入程序的標稱離子劑量與實際離子劑量或所測量器件特性（例如，擊穿電壓）相關。
根據本公開的一些實施例，預測模型組件210以及數據過濾器206可包含用於基於第一植入程序而執行經調整第二植入程序來判定恰當離子劑量或相關參數的邏輯。在一些情況下，可在軟件和硬件的組合或固件中實施預測模型組件210和數據過濾器206的邏輯。返回 圖 2B，繪示前饋控制器72的框圖，包含繪示為處理器230和記憶體240的電子處理電路系統，這一記憶體可實施為非暫時性計算機可讀儲存媒體。如所繪示，記憶體240可包含數據過濾器206以及預測模型組件210，且可另外儲存經過濾數據208。在一些實例中，數據過濾器206和預測模型組件可構成儲存於記憶體240中的劑量匹配例程242的部分。因此，預測模型組件210以及數據過濾器206可在合適的計算機可讀儲存媒體中實施為記憶體240中的指令。反過來，這些指令在由計算機（如計算機中的處理器）執行時將使計算機執行如本文中詳述的各種操作。可使用構成劑量匹配例程的這些操作以便確定對離子植入進行恰當調整，從而實施劑量與第一類型的摻雜劑的第一植入程序中所產生的劑量匹配的第二類型的摻雜劑的經調整第二植入程序。
圖 5A示出使用根據本公開的實施例的前饋控制器製造的超結器件的模擬批次摻雜劑濃度行為。在這一實例中，執行一系列批次，其中如上文詳述的前饋控制用於根據由前饋控制器接收的p +植入數據來調整n +植入。在圖5A中，繪示了n型摻雜劑和p型摻雜劑兩者濃度曲線。這種方法使得對n型摻雜劑與p型摻雜劑之間的摻雜劑匹配進行更精確控制，且因此使得對一系列20次批次的擊穿電壓進行更精確控制。應注意，在圖5A的模擬中，對於植入劑量，假設高斯分佈具有隨機正態偏差，其中σ等於1%。在這一假設下，絕對摻雜劑濃度在圖5A的模擬中的變化略小於0.5%批次。應注意，在使用前饋控制器的情況下，每一批次中的p摻雜劑濃度與n摻雜劑濃度的匹配比總摻雜劑濃度的隨機波動好得多。即使絕對摻雜劑濃度的變化高得多，這一匹配也約為0.1%。
圖 5B示出對應於圖5A的數據的模擬批次擊穿電壓行為。在這一模擬中，繪示標稱擊穿電壓，以及在所有批次中均存在未變化1%摻雜劑失配的情況下的擊穿電壓的值。如所繪示，在使用前饋控制器的情況下，擊穿電壓波動批次比圖4B的對應數據少得多，在不使用前饋控制器的情況下，假設相同高斯分布具有正態偏差以進行植入劑量控制，其中σ等於1%。
實際上，圖4A到圖5B的結果表明前饋控制可對改良成品率具有顯著影響。舉例來說，在擊穿電壓控制的目標為σ等於0.2%的情況下，幾乎圖5B的所有數據均可滿足這一準則，而幾乎圖4B的所有數據均不滿足這一準則。
圖 6描繪示例性處理流程，繪示為工藝流程600。在區塊602處，使用第一極性的摻雜劑在離子植入機中對半導體基底執行第一植入程序。出於解釋的目的，可假設第一極性的摻雜劑為p型摻雜劑。
在區塊604處，基於第一植入程序而檢索機上植入訊息。機上植入數據可包含在離子植入運行期間產生的劑量圖、在離子植入運行期間從Superscan TM離子植入程序的結果收集的數據或在離子植入運行期間收集的其他合適機上植入計量數據。
在區塊606處，對機上植入訊息執行數據過濾，以通過濾出例如離群值數據的某些數據來減小數據大小。
在區塊608處，將第一極性的摻雜劑的所估計植入劑量輸出到預測模型組件。所估計植入劑量可在區塊606的數據過濾之後基於機上植入訊息。
在區塊610處，計算對應於第一植入程序的第一極性的摻雜劑的實際植入劑量，如實際p型摻雜劑離子劑量。可使用預測模型且基於離線數據和來自區塊608的所估計植入劑量來計算實際植入劑量。離線數據的實例包含例如工廠數據。
在區塊612處，輸出植入訊息以便基於區塊610的所計算植入劑量來執行經調整植入程序。在一個實例中，可將植入訊息輸出到控制器以自動地調整隨後的第二植入程序。
在區塊614處，在離子植入機中執行經調整第二植入程序以將第二極性的摻雜劑（如n型摻雜劑）植入到半導體基底中。根據接收植入訊息，經調整第二植入程序可包含適當的束線組件的控制信號以調整將植入到基底中的第二類型的摻雜劑的總離子劑量。
圖 7描繪另一示例性工藝流程，繪示為工藝流程700。在區塊702處，使用第一極性的摻雜劑在離子植入機中對半導體基底執行第一植入程序。出於解釋的目的，可假設第一極性的摻雜劑為p型摻雜劑。
在區塊704處，基於第一植入程序而檢索機上植入訊息。機上植入數據可包含在離子植入運行期間產生的劑量圖、在離子植入運行期間從Superscan TM離子植入程序的結果收集的數據或在離子植入運行期間收集的其他合適機上植入計量數據。
在區塊706處，檢索基於半導體基底的外部測量的在線計量數據。在線計量數據的實例包含從用於處理所討論的基底的製造器的其它製造工具或測量工具收集的數據。在線數據的實例為用於測量基底電性質、摻雜劑濃度等的測量數據。
在區塊708處，通常如先前所描述執行在線計量數據和機上植入訊息的數據過濾。
在區塊710處，將所估計植入劑量輸出到預測模型組件。可基於經過濾機上植入訊息和經過濾在線計量而判定所估計植入劑量輸出。
在區塊712處，計算對應於第一植入程序的第一極性的摻雜劑的實際植入劑量，如實際p型摻雜劑離子劑量。可使用預測模型且基於離線數據和來自區塊710的所估計植入劑量來計算實際植入劑量。離線數據的實例包含例如工廠數據。
在區塊714處，基於所計算實際植入劑量而輸出訊息以執行經調整植入程序。
在區塊716處，在離子植入機中執行經調整第二植入程序以將第二極性的摻雜劑（如n型摻雜劑）植入到半導體基底中。根據第一類型的摻雜劑的所計算實際離子劑量，經調整第二植入程序可包含適當的束線組件的控制信號以調整將植入到基底中的第二類型的摻雜劑的總離子劑量。
本發明實施例提供至少以下優點。作為第一優點，本發明實施例的前饋控制方法允許在給定植入工藝失控之前採取校正動作以調整離子植入參數。作為第二優點，當部署統計離線數據與在線數據的組合以估計實際植入劑量時，前饋控制方法提供劑量匹配的更準確方法，且因此更準確地控制依賴於精確劑量匹配的相關器件中的器件性質。
本公開不應限於本文所描述的具體實施例的範圍。實際上，除本文所描述的那些實施例和修改之外，所屬領域的一般技術人員根據前述描述和隨附圖式將明白本公開的其它各種實施例和對本公開的修改。因此，這類其它實施例以及修改意圖屬於本公開的範圍。此外，已出於特定目的在特定環境下在特定實施方案的上下文中描述了本公開，但所屬領域的一般技術人員將認識到其有用性且不限於此，且出於任何數目的目的，本公開可以有利地在任何數目的環境中實施。因此，以下闡述的申請專利範圍應鑒於如本文中所描述的本公開的完全廣度和精神來解釋。
10:系統 12:離子源 14:離子束 20:質量分析器 24:質量分辨狹縫 30:掃描器 40:準直器 50:能量過濾器 60:處理腔室 62:壓板 64:基底 70:控制系統 72:前饋控制器 74:數據過濾器 76:預測模型組件 78:數據 80:電流監測器 200:佈置 202:第一植入程序 204:在線計量數據 206:數據過濾器 208:過濾數據 210:預測模型組件 212:第二植入程序 230:處理器 240:記憶體 242:劑量匹配例程 600、700:工藝流程 602、604、606、608、610、612、614、702、704、706、708、710、712、714、716:區塊
圖 1繪示表明根據本公開的實施例的離子植入系統的示例性實施例。 圖 2A示出根據本公開的一些實施例的植入劑量控制的前饋方法的組件。 圖 2B示出根據本公開的一些實施例的前饋控制器的組件。 圖 3A示出作為超結DMOS器件的柱摻雜劑濃度的函數的模擬擊穿電壓行為。 圖 3B示出作為超結DMOS器件的柱摻雜劑濃度的函數的模擬接通電流行為。 圖 3C示出作為超結DMOS器件的柱摻雜劑濃度失配的函數的模擬擊穿電壓行為，繪示了柱摻雜劑濃度的若干水平。 圖 4A示出使用參考離子植入程序形成的超結器件中的模擬批次（run-to-run）柱摻雜劑濃度失配。 圖 4B示出對應於圖6A的數據的模擬批次擊穿電壓行為。 圖 5A示出使用根據本公開的實施例的前饋控制器製造的超結器件的模擬批次擊穿柱摻雜劑濃度。 圖 5B示出對應於圖5A的數據的模擬批次擊穿電壓行為。 圖 6示出示例性工藝流程。 圖 7示出另一示例性工藝流程。 圖式不一定按比例繪製。圖式僅是圖示，並不意欲描繪本公開的特定參數。圖式意圖描繪本公開的示例性實施例，且因此不應被視為在範圍上受到限制。在圖式中，相似編號表示相似元件。
72:前饋控制器
74:數據過濾器
76:預測模型組件
78:數據
200:佈置
202:第一植入程序
204:在線計量數據
206:數據過濾器
208:過濾數據
210:預測模型組件
212:第二植入程序

Claims (20)

  1. 一種操作束線離子植入機的方法，包括：在離子植入機中執行第一植入程序以將第一極性的摻雜劑植入到給定半導體基底中；基於由所述第一植入程序產生的過濾訊息集合而產生所述第一極性的所述摻雜劑的估計植入劑量；基於所述估計植入劑量而使用預測模型來計算所述第一極性的所述摻雜劑的實際植入劑量；以及基於所述實際植入劑量而在所述離子植入機中執行經調整的第二植入程序以將第二極性的摻雜劑植入到選擇半導體基底中。
  2. 如請求項1所述的操作束線離子植入機的方法，其中所述過濾訊息集合包括從在所述離子植入機中對所述基底執行的計量收集的過濾機上植入訊息(filtered on-board implantation information)，且更包括從用於處理所述給定半導體基底的製造器的其它製造工具或測量工具收集的過濾在線計量(filtered in-line metrology)。
  3. 如請求項2所述的操作束線離子植入機的方法，其中所述過濾機上植入訊息來源於由用於在所述第一植入程序期間測量離子劑量的電流監測器產生的二維劑量圖。
  4. 如請求項1所述的操作束線離子植入機的方法，其中所述預測模型基於工廠產生的數據。
  5. 如請求項1所述的操作束線離子植入機的方法，其中所述預測模型使所述第一植入程序的標稱離子劑量(nominal ion dose)與所述給定半導體基底的測量器件特性相關。
  6. 如請求項5所述的操作束線離子植入機的方法，其中所述所測量器件特性包括擊穿電壓。
  7. 如請求項1所述的操作束線離子植入機的方法，其中所述給定半導體基底和所述選擇半導體基底相同。
  8. 如請求項1所述的操作束線離子植入機的方法，其中所述給定半導體基底為給定晶圓批次的第一半導體基底，且所述選擇半導體基底為所述給定晶圓批次的額外晶圓或為後續晶圓批次的給定晶圓，且其中所述第一植入程序和經調整的所述第二植入程序在所述給定晶圓批次的所述額外晶圓中執行或在所述後續晶圓批次的所述給定晶圓中執行。
  9. 如請求項1所述的操作束線離子植入機的方法，其中所述第一植入程序產生所述第一極性的所述摻雜劑的第一摻雜劑濃度，且其中經調整的所述第二植入程序提供所述第二極性的所述摻雜劑的第二摻雜劑濃度，所述第二摻雜劑濃度匹配所述第一極性的所述摻雜劑的所述第一摻雜劑濃度。
  10. 如請求項1所述的操作束線離子植入機的方法，其中執行所述第一植入程序和經調整的所述第二植入程序以構建超結結構(superjunction structure)，所述超結結構包括由n型柱陣列定界的p型柱陣列。
  11. 如請求項10所述的操作束線離子植入機的方法，其中所述超結結構包括多個層，其中通過執行所述第一植入程序和經調整的所述第二植入程序來形成每一層。
  12. 一種非暫時性計算機可讀儲存媒體，所述非暫時性計算機可讀儲存媒體包含指令，所述指令在由計算機執行時使所述計算機進行以下操作：基於機上植入數據(on-board implant data)而產生過濾數據集合，所述機上植入數據來源於在離子植入機中對給定半導體基底執行的第一極性的摻雜劑的第一植入程序；基於所述過濾數據集合而產生所述第一極性的所述摻雜劑的估計植入劑量；基於所述估計植入劑量而計算所述第一極性的所述摻雜劑的實際植入劑量；以及基於所述實際植入劑量，發送實施經調整的第二植入程序以將第二極性的摻雜劑植入到選擇半導體基底中的指令。
  13. 如請求項12所述的非暫時性計算機可讀儲存媒體，其中所述指令使所述計算機進一步配置成基於從所述離子植入機外部的製造工具收集的在線數據(in-line data)而產生所述過濾數據集合。
  14. 如請求項12所述的非暫時性計算機可讀儲存媒體，其中所述過濾數據集合基於從在所述離子植入機中對所述給定半導體基底執行的計量收集的過濾機上植入訊息集合。
  15. 如請求項14所述的非暫時性計算機可讀儲存媒體，其中所述過濾機上訊息集合來源於由用於在所述第一植入程序期間測量離子劑量的電流監測器產生的二維劑量圖。
  16. 如請求項12所述的非暫時性計算機可讀儲存媒體，其中所述指令使所述計算機進一步配置成基於工廠產生的數據來計算所述實際植入劑量。
  17. 如請求項12所述的非暫時性計算機可讀儲存媒體，其中所述指令使所述計算機進一步配置成通過使所述第一植入程序的標稱離子劑量與所述給定半導體基底的測量器件特性相關來計算所述實際植入劑量。
  18. 如請求項17所述的非暫時性計算機可讀儲存媒體，其中所述所測量器件特性包括擊穿電壓。
  19. 一種離子植入機，包括：離子源，產生離子束；束線組件集合，將所述離子束植入到給定基底中；電流監測器，測量所述給定基底中的所述離子束的植入劑量；以及前饋控制器，包括記憶體和處理器，所述前饋控制器包括能夠在所述處理器上操作以進行以下操作的劑量匹配例程：基於機上植入數據而產生過濾數據集合，所述機上植入數據來源於在所述離子植入機中對所述給定基底執行的第一極性的摻雜劑的第一植入程序； 基於所述過濾數據集合而產生所述第一極性的所述摻雜劑的估計植入劑量；基於所述估計植入劑量而計算所述第一極性的所述摻雜劑的實際植入劑量；以及基於所述實際植入劑量，發送實施經調整的第二植入程序以將第二極性的摻雜劑植入到選擇半導體基底中的指令。
  20. 如請求項19所述的離子植入機，其中所述劑量匹配例程能夠進一步在處理器上操作以基於從所述離子植入機外部的製造工具收集的在線數據來產生所述過濾數據集合。
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